اثر نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا و هيدروكسي‌آپاتيت بر خواص كششي و گرمايي مكانيكي - ديناميكي پلي‌پروپيلن و اسفنج پلي‌پروپيلن

Effect of Mesoporous Silica and Hydroxyapatite Nanoparticles on the Tensile and Dynamic- Mechanical Thermal Properties of Polypropylene and Polypropylene Foam

هدف اصلي اين مقاله، بررسي تجربي خواص كششي و گرمايي مكانيكي - ديناميكي پلي‌‌پروپيلن و اسفنج پلي‌‌پروپيلن تقويت شده با نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا، هيدروكسي‌آپاتيت، كامپوزيت ميان‌متخلخل سيليكا و هيدروكسي‌آپاتيت است. نانوكامپوزيت‌‌ها و اسفنج‌‌هاي نانوكامپوزيتي شامل پلي‌‌پروپيلن، سازگاركننده پلي‌‌پروپيلن، نانوذرات مختلف و اسفنج‌‌كننده شيميايي (براي نمونه‌‌هاي اسفنجي) به روش اختلاط مذاب در اكسترودر دوپيچي با يكديگر مخلوط شدند. نتايج حاصل از آزمون‌‌ها نشان داد، افزايش تمام نانوذرات پركننده با درصد وزني يكسان، باعث بهبود خواص مكانيكي پلي‌‌پروپيلن خالص و اسفنج پلي‌‌پروپيلن مي‌‌شود. همچنين، ساختار متخلخل نمونه‌‌هاي اسفنجي باعث مي‌‌شود، اين نمونه‌‌ها، مشخصات ميرايي بيشتر و خواص كششي كمتري نسبت به نمونه‌‌هاي جامد داشته باشند. به دليل صلبيت و استحكام بسيار زياد نانوذرات هيدروكسي‌‌آپاتيت، بيشترين افزايش مدول و استحكام كششي با افزودن اين نانوذرات به پلي‌‌پروپيلن خالص و اسفنج پلي‌‌پروپيلن اتفاق مي‌‌افتد. بيشترين ضريب ميرايي با افزايش نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا -‌‌ هيدروكسي‌‌آپاتيت به پلي‌‌پروپيلن خالص و اسفنج آن حاصل مي‌‌شود كه به دليل ماهيت متخلخل ذرات ميان‌متخلخل سيليكاست كه با ذرات هيدروكسي‌‌آپاتيت تقويت شده‌اند. نتايج آزمون DSC نشان داد، افزايش نانوذرات مختلف اثر بسزايي بر رفتار تبلور و ذوب پلي‌‌پروپيلن خالص ندارند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني پويشي حاكي از پراكنش خوب و همگن نانوذرات مختلف درون ماتريس پليمري است. افزودن نانوذرات مختلف به اسفنج پلي‌‌پروپيلن باعث افزايش چگالي سلول، كاهش اندازه و بهبود توزيع اندازه آنها نيز مي‌‌شود. همچنين، كمترين اندازه سلول و بيشترين چگالي سلول با افزايش نانوذرات هيدروكسي‌‌آپاتيت و ميان‌متخلخل سيليكا -‌‌ هيدروكسي‌‌آپاتيت به اسفنج پلي‌‌پروپيلن ايجاد مي‌‌شود.

The main purpose of this paper is the experimental study on the tensile and dynamic- mechanical thermal properties of polypropylene (PP) and polypropylene foam reinforced with mesoporous silica (MCM-41), hydroxyapatite (HA) and the composite of mesoporous silica and hydroxyapatite (MCM41-HA) nanoparticles. Nanocomposites and nanocomposite foams containing PP, maleic anhydride grafted polypropylene, different nanoparticles and chemical blowing agent (for foam samples) are mixed using the melt-compounding technique in a twin-screw extruder. The results of the tests show that at the same nanoparticles content, all the nanofillers cause better mechanical properties than neat PP and PP foam. Also, due to the porous structure of the foam samples, these samples have the higher damping characteristics and lower tensile properties than the solid samples. Because of higher rigidity and higher strength of HA nanoparticles, the greatest increase in modulus and tensile strength occurs by adding these nanoparticles to neat PP and PP foam. The highest damping factor is obtained by adding MCM-41-HA nanoparticles to PP and PP foam, because of the porous nature of the MCM-41 particles which were reinforced by HA particles. The results of differential scanning calorimetry show that the addition of different nanoparticles does not have any significant effect on crystallinity and melting behavior of PP. Scanning electron microscopy images show that the nanomaterials were fine and uniformly dispersed within the polymer matrix. Furthermore, the addition of different nanoparticles to PP foam causes to increase the cell density, to reduce the cell sizes and to improve the cell sizes distribution. In this respect, the lowest cell sizes and the highest cell density are created by adding HA and MCM41-HA nanopaticles to PP foams.